CN103408454A

CN103408454A - 一种酰肼类化合物的制备方法

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Publication number: CN103408454A
Application number: CN2013103569467A
Authority: CN
Inventors: 许鹏飞; 曹建; 胡秀琴; 罗永春; 王瑶; 徐国强
Original assignee: Lanzhou University
Current assignee: Lanzhou University
Priority date: 2013-08-16
Filing date: 2013-08-16
Publication date: 2013-11-27
Anticipated expiration: 2033-08-16
Also published as: CN103408454B

Abstract

本发明公开一种酰肼类化合物的制备方法，包括如下步骤：将酯和水合肼加入反应器，加热回流0.5～2h后，进行反应分馏或反应精馏，控制馏出物为醇类化合物与水，反应完成后，减压蒸馏得到酰肼类化合物。本发明的制备方法对原料利用率高，不产生废弃物，不添加反应溶剂使得反应器容积有效利用率提高，生产效率提高，操作简单，酰肼类化合物产率可达90%以上，可实现吨量级酰肼工业生产，安全风险小，底物适用范围广。

Description

一种酰肼类化合物的制备方法

技术领域

本发明涉及一种酰肼类化合物的制备方法，是对现有酰肼类化合物制备方法的改良。

背景技术

酰肼类化合物是一种非常重要的精细化学品。酰肼类化合物用途广泛，比如在医药领域，芳香族酰肼类化合物用于制备免疫抑制剂；在材料领域，己二酸二酰肼能够做涂料固化剂、水性涂料助剂，并能作为室内甲醛吸附剂；在农业科学领域，双酰肼类化合物又可作为害虫抑制剂，抑制害虫繁殖。此外，酰肼类化合物还是一类重要的有机合成中间体。

目前根据文献报道，酰肼类化合物的合成主要有以下四种方法：

方法一酰氯肼解：该方法利用酰氯与水合肼在碱存在下通过氮酰基化制备酰肼，在此方法中由于酰氯的反应活性很高，通常反应中产生N,N’-双酰基肼类副产物，从而导致反应产率与原料利用率低。如文献preparation of pivaloyl hydrazide in water（Organic Syntheses，Bryan Li等）报道了用特戊酰氯为原料，在NaOH水溶液中与水合肼反应制备特戊酰肼，水合肼用量为特戊酰氯的1.25当量，反应在冰浴中进行，产率仅为50%～55%，其反应式如下：

其次，酰氯类化合物挥发性强、毒性大、气味具有刺激性，在制备以及使用过程中需要进行严格操作。

方法二酸酐肼解：该方法利用酸酐与水合肼反应制备酰肼，但在反应过程中同时产生等物质的量的羧酸，反应结束后需要进行产品分离纯化。参见美国专利8-Azabicyclo[3.2.1]octane-base compounds, preparation and utility of CCR5 inhibitors and use in the treatment of infections（Pub.No：US 2008/0146605 A1），其化学反应式如下：

方法三肼-羧酸盐高温脱水：该方法利用羧酸与肼反应生成盐，然后高温脱水制备酰肼，该过程需要在高温下进行。在高温下生成的酰肼会通过分子间缩合形成高沸点、低溶解性的四嗪类化合物，产品分离纯化十分困难。如文献Designing nickel phthalocyanine periphery by alkyl chain via [1,3,4]-oxadiazole（Journal of Coordination Chemistry，M.N.K. Harish等）报道了用辛酸乙酯为原料，在甲醇溶液中与水合肼反应制备辛酰肼，水合肼用量为辛酸乙酯的4当量，高温回流12小时，产率仅为68%。其反应式如下：

方法四酯的肼解：酯类化合物通过肼解制备酰肼是一种常用的方法，但是目前报道的制备方法中为了保证产品产率，需要大大过量的水合肼（一般用量大于酯的3当量）和较长的反应时间，有时还需要加入反应溶剂。如文献 Dynamic Combinatorial Libraries Constructed on Polymer Scaffolds（Organic Letters，David A. Fulton）报道了用己酸甲酯为原料，在甲醇溶液中与水合肼反应制备己酰肼，水合肼用量为己酸甲酯的10.6当量，反应时间4天，产率为81%。水合肼属于强还原性、易爆、有毒化合物，工业生产中大量使用有较大风险，并且造成环境污染。其反应式如下：

如果水合肼用量较少，反应产率会大大下降，如文献Synthesis and In Vitro Leishmanicidal Activity of Some Hydrazides and Their Analogues（Bioorganic & Medicinal Chemistry，Khalid Mohammad Khan，Maimona Rasheed等）报道了相同的用己酸甲酯制备己酰肼的方法，水合肼用量为己酸乙酯的1.3当量，反应5小时，产率仅为68%。

发明内容

本发明的目的是对现有酯肼解制备酰肼类化合物的方法进行改良，提供一种产率高、安全风险小的酰肼类化合物的制备方法。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案如下：

一种酰肼类化合物的制备方法，包括如下步骤：

将酯和水合肼加入反应器，加热回流0.5～2h后，进行反应分馏或反应精馏，控制馏出物为醇类化合物和水，反应完成后，减压蒸馏得到酰肼类化合物。

进一步，所述酯和水合肼的摩尔比为1:(1～1.5)。

更进一步，所述酯和水合肼的摩尔比为1:1.2。

进一步，所述酯选自甲酯、乙酯、正丙酯或异丙酯。

所述酯可以是一元酸、二元酸或多元酸所对应的甲酯、乙酯、正丙酯或异丙酯类化合物。甲酯、乙酯、正丙酯或异丙酯经肼解反应后生成相应的酰肼类化合物，以及相应的甲醇、乙醇、正丙醇或异丙醇。所述甲酯如丁酸甲酯、戊酸甲酯、己酸甲酯、庚酸甲酯、十六酸甲酯、乙二酸二甲酯、丁二酸二甲酯、苯甲酸甲酯等，所述乙酯如丙酸乙酯、丁酸乙酯、戊酸乙酯、己酸乙酯、庚酸乙酯、十六酸乙酯、乙二酸二乙酯、丁二酸二乙酯、苯甲酸乙酯等，所述正丙酯为乙酸正丙酯、丙酸正丙酯、丁酸正丙酯、戊酸正丙酯、己酸正丙酯、庚酸正丙酯、十六酸正丙酯、乙二酸二正丙酯、丁二酸二正丙酯或苯甲酸正丙酯；所述异丙酯如十四酸异丙酯、十六酸异丙酯等。

在分馏或精馏前是否进行回流操作对酰肼类化合物的产率有非常大的影响。如果不回流直接分馏或精馏，由于体系起始醇类化合物含量非常低，分馏或精馏不易控制，甚至无法起到分离醇类化合物使反应正向进行的作用。加料后回流一段时间，体系温度达到稳定，此时分馏或精馏起到分离醇类化合物使反应正向进行的作用。

进一步，分馏或精馏时，馏出速度慢使反应时间增长，反应效率降低，速度过快使一部分原料通过共沸而馏出，馏出速度的控制通过控制分馏或精馏柱柱顶温度来实现，柱顶温度一般控制在60～105℃，就控制了分馏或精馏保持在合适的速度，使反应在较快进行的同时能够保证馏分中没有原料，依酯原料的不同可具体按以下温度控制：为甲酯时，柱顶温度60～70℃；为乙酯时，柱顶温度75～85℃；为正丙酯时，柱顶温度95～105℃；为异丙酯时，柱顶温度80～90℃。

分馏或精馏可以根据生产量多少选择采用柱或塔。反应分馏或反应精馏时间一般在4～7小时内即可完成。

本发明所述反应分馏或反应精馏是指酯和水合肼进行肼解反应的同时，对反应体系进行分馏或精馏，将肼解反应生成的醇类化合物和水馏出，醇类化合物及时从体系中分离有利于反应平衡向肼解方向进行；同时，可以防止生成的醇类化合物使反应体系沸点降低（相应反应温度也降低）进而影响肼解反应。本发明有益效果：

（1）原料利用率高：本发明技术方案中水合肼与酯类化合物的投料量比仅为(1～1.5): 1，远小于现有酯类肼解方法。

（2）不产生废弃物：本技术发明方案中分馏或精馏出的醇类化合物纯度高，可回收利用，减压蒸馏出的残留反应物可继续使用。

（3）无溶剂反应：不添加反应溶剂使得反应器容积有效利用率提高，生产效率提高。

（4）操作简单：反应物料一次性加入，不需要控制原料的添加速度，大大降低了操作的人力成本，产物产率可达90%以上，可实现吨量级酰肼类化合物工业生产。

（5）安全风险小：反应过程采用低毒的酯类化合物为原料，避免了使用酰氯、酸酐等刺激性、腐蚀性物质；水合肼用量少，降低了实验生产安全风险。

（6）底物适用范围广：可用于制备脂肪族酰肼、脂肪族多酰肼、芳香族酰肼和芳香族多酰肼。

附图说明

图1为本发明实施例1产物的¹H NMR。

图2为本发明实施例2产物的¹H NMR。

图3为本发明实施例3产物的¹H NMR。

图4为本发明实施例4产物的¹H NMR。

图5为本发明实施例5产物的¹H NMR。

图6为本发明实施例6产物的¹H NMR。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本发明做进一步详细说明。

本发明所用水合肼采用市售工业级的80%水合肼（含量：80wt%），实施例1-5酯类化合物采用分析纯试剂，实施例6酯类化合物采用市售工业级己酸乙酯。

实施例1合成丁酸肼（Butanoic acid,hydrazide，CAS：3538-65-6）

在装有磁子的三口瓶中加入丁酸乙酯116g与80%水合肼75g，装好温度计与精馏柱。加热三口瓶并开启搅拌，回流半小时，在精馏柱顶端温度达到80℃时有副产物乙醇与水馏出。控制反应体系温度在82～101℃，精馏柱顶端温度在75～85℃。反应6小时反应完成，停止加热，搅拌。反应完成后进行减压蒸馏，将过量水合肼、水、以及少量丁酸乙酯蒸出，得到丁酸肼产品93.8g，产率92%。¹H NMR （400MHz，CDCl₃，δ，ppm）：0.94－0.99（t，3H，CH₃），1.64－1.74（六重峰，2H，CH₂），2.12－2.22（t，2H，CH₂），6.81（s，H，NH），3.92（s，2H，NH₂）；MS（EI，m/z）：39、41、43、71、102，M⁺= 102。

实施例2合成戊酸肼（Pentanohydrazide，CAS：38291-82-6）

在装有磁子的三口瓶中加戊酸乙酯130g与80%水合肼75g，装好温度计与精馏柱。加热三口瓶并开启搅拌，回流半小时，在精馏柱顶端温度达到80℃时有副产物乙醇与水馏出。控制反应体系温度在85～105℃，精馏柱顶端温度在75～85℃。反应6小时反应完成，停止加热，搅拌。反应完成后进行减压蒸馏，将过量水合肼、水、以及少量戊酸乙酯蒸出，得到戊酸肼产品106.7g，产率92%。¹H NMR （400MHz，CDCl₃，δ，ppm）：0.90－0.94（t，3H，CH₃），1.31－1.40（六重峰，2H，CH₂），1.59－1.67（五重峰，2H，CH₂），2.14－2.18（t，2H，CH₂），3.92（s，2H,NH₂），6.79（s，H，NH）；MS（EI，m/z）：41、57、74、85、116，M⁺ =116。

实施例3合成庚酰肼（Heptanohydrazide，CAS：22371-32-0）

在装有磁子的三口瓶中加入庚酸乙酯158g与80%水合肼75g，装好温度计与精馏柱。加热三口瓶并开启搅拌，回流半小时，在精馏柱顶端温度达到80℃时有副产物乙醇与水馏出。控制反应体系温度在88～112℃，精馏柱顶端温度在75～85℃。反应6小时反应完成，停止加热，搅拌。反应完成后进行减压蒸馏，将过量水合肼、水、以及少量庚酸乙酯蒸出，得到庚酰肼产品133.92g，产率93%。¹H NMR （400MHz，CDCl₃，δ，ppm）：0.87－0.92(t，3H，CH₃)，1.30－1.32(t，6H，3CH₂)，1.62－1.69（m，2H，CH₂），2.13－2.17（t，2H，CH₂），3.91（s，2H，NH₂），6.71（s，H，NH）；MS（EI，m/z）：41、43、57、74、85、113、144，M⁺=144。

实施例4合成棕榈酸酰肼（Hexadecanoic acid,hydrazide，CAS：2619-88-7）

在装有磁子的三口瓶中加入十六酸乙酯284g与80%水合肼75g，装好温度计与精馏柱。加热三口瓶并开启搅拌，回流半小时，在精馏柱顶端温度达到80℃时有副产物乙醇与水馏出。控制反应体系温度在100～120℃，精馏柱顶端温度在75～85℃。反应6小时反应完成，停止加热，搅拌。反应完成后进行减压蒸馏，将过量水合肼、水、以及少量十六酸乙酯蒸出，得到棕榈酸酰肼产品261.9g，产率97%。¹H NMR （400MHz，CDCl₃，δ，ppm）：0.87－0.90（t，3H，CH₃），1.26（s，26H，13CH₂），1.59－1.66（五重峰，2H，CH₂），2.27－2.31（t，2H，NH₂）4.12－4.14（d，H，NH）；MS（ESI，m/z）：(M + H)⁺= 271。

实施例5合成丁二酸二酰肼（Butanedihydrazide，CAS：4146-43-4）

在装有磁子的三口瓶中加入丁二酸二乙酯174g与80%水合肼150g，装好温度计与精馏柱。加热三口瓶并开启搅拌，回流半小时，在精馏柱顶端温度达到80℃时有副产物乙醇与水馏出。控制反应体系温度在95～115℃，精馏柱顶端温度在75～85℃。反应6小时反应完成，停止加热，搅拌。反应完成后进行减压蒸馏，将过量水合肼、水、以及少量丁二酸二乙酯蒸出，得到产品丁二酸二酰肼129.9g，产率89%。¹H NMR （400MHz，CDCl₃，δ，ppm）：1.26（s，4H，2CH₂），7（s，H，NH），7.5（s，H，NH），1.56（s，4H，2NH₂）；MS（ESI，m/z）：(M + H)⁺= 147。

实施例6工业合成己酰肼（Hexanoic hydrazide，CAS：2443-62-1）

在2立方米的反应分馏装置中，加入己酸乙酯1200kg，开启搅拌然后加入650kg的80%水合肼，打开加热蒸汽，控制阀门开度，体系沸腾，全回流1小时至体系温度恒定，调节蒸汽阀门开度，调节分馏柱冷凝水流量，控制反应体系温度在87～110℃，柱顶温度在75～85℃。5.2小时以后反应完成，再无乙醇馏出，此时关闭分馏柱冷凝水，缓慢调节真空度，减压蒸馏40分钟，将过量水合肼、水、以及少量己酸乙酯蒸出。蒸馏完成以后打开反应釜冷凝水，待体系温度降至70℃时，将液态己酰肼放至可冷凝的容器中，冷却结晶后得到白色纤维状固体1030kg，产率95%。¹H NMR（400MHz，CDCl₃，δ，ppm）：0.90－0.92（t，3H，CH₃），1.26－1.39（m，4H，2CH₂），1.61－1.68（五重峰，2H，CH₂），2.13－2.17（t，2H，CH₂），3.91（s，2H，NH₂），6.80（s，H，NH）；MS（EI，m/z）：39、41、43、55、71、74、99、130，M⁺=130。

Claims

1.一种酰肼类化合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

将酯和水合肼加入反应器，加热回流0.5～2h后，进行反应分馏或反应精馏，控制馏出物为醇类化合物与水，反应完成后，减压蒸馏得到酰肼类化合物。

2.根据权利要求1所述酰肼类化合物的制备方法，其特征在于：所述酯和水合肼的摩尔比为1:(1～1.5)。

3.根据权利要求2所述酰肼类化合物的制备方法，其特征在于：所述酯和水合肼的摩尔比为1:1.2。

4.根据权利要求1所述酰肼类化合物的制备方法，其特征在于：所述酯为甲酯、乙酯、正丙酯或异丙酯。

5.根据权利要求4所述酰肼类化合物的制备方法，其特征在于：所述甲酯为丁酸甲酯、戊酸甲酯、己酸甲酯、庚酸甲酯、十六酸甲酯、乙二酸二甲酯、丁二酸二甲酯或苯甲酸甲酯；所述乙酯为丙酸乙酯、丁酸乙酯、戊酸乙酯、己酸乙酯、庚酸乙酯、十六酸乙酯、乙二酸二乙酯、丁二酸二乙酯或苯甲酸乙酯；所述正丙酯为乙酸正丙酯、丙酸正丙酯、丁酸正丙酯、戊酸正丙酯、己酸正丙酯、庚酸正丙酯、十六酸正丙酯、乙二酸二正丙酯、丁二酸二正丙酯或苯甲酸正丙酯；所述异丙酯为十四酸异丙酯或十六酸异丙酯。

6.根据权利要求1或4所述酰肼类化合物的制备方法，其特征在于：分馏或精馏时，柱顶温度控制为60～105℃。

7.根据权利要求6所述酰肼类化合物的制备方法，其特征在于：酯为甲酯时，柱顶温度60～70℃；酯为乙酯时，柱顶温度75～85℃；酯为正丙酯时，柱顶温度95～105℃；酯为异丙酯时，柱顶温度80～90℃。